DE102015120721B4 - Use of self-hardening bodies at normal temperature and atmospheric pressure - Google Patents

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Abstract

Verwendung von bei normaler Temperatur und atmosphärischem Druck selbsttätig erhärtenden Körpern, erhalten durch – Vermengen von Fasern von Dämmmaterialabfällen aus Mineralwolle, welche mechanisch so zerkleinert wurden, dass die Fasern so verkürzt sind, dass ihre Schüttdichte durch den Verlust des wollartigen Charakters um den Faktor 5 bis 20 erhöht ist, – mit einer wässrigen Bindemittelsuspension in einem Mischer, wobei sämtliche Oberflächen mit der Suspension benetzt werden – und Einbringen der Mischung in eine Form in einer Konsistenz von flüssig bis zu erdfeucht, als Versatzbaustoff in untertätigen Bergwerken.Use of self-hardening bodies at normal temperature and pressure, obtained by - mixing fibers of mineral wool insulating waste, which have been mechanically comminuted so that the fibers are shortened so that their bulk density is reduced by a factor of 5 to 5 due to loss of the wool-like character 20 is increased, - with an aqueous binder suspension in a mixer, wherein all surfaces are wetted with the suspension - and introducing the mixture into a mold in a consistency of liquid to earth moist, as an offset material in underground mines.

Description

Die Erfindung betrifft die Verwendung von bei normaler Temperatur und atmosphärischem Druck selbsttätig erhärtenden Körpern als Versatzbaustoff in untertägigen Bergwerken.The invention relates to the use of self-hardening at normal temperature and atmospheric pressure bodies as an offset building material in underground mines.

Vor dem Jahr 2000 erzeugte und verbaute Mineralwolleerzeugnisse sind nicht frei von Bedenken bezüglich ihrer negativen Auswirkung auf die menschliche Gesundheit – sie können gemäß TRGS 905 aufgrund ihrer Wirkung auf die menschlichen Atemwege als krebserzeugend eingestuft werden. Aus diesem Grund dürfen diese nicht zu neuen Mineralwolleerzeugnissen recycelt werden und müssen einer alternativen Verwertung oder Beseitigung zugeführt werden, die eine Freisetzung der Mineralfasern in die Biosphäre ausschließt. Daher sind Verfahren, wie sie in den Patenten CN1128243 , JP2003 326 238 A , TW 2012 00 653 A und US 2008/0 256 981 A1 zum Recyceln des Materials durch Aufschmelzen und neuerlicher Wolleherstellung vorgeschlagen werden, nicht zulässig. Auch eine alternative Verwendung der Mineralwolle in der Wasserreinigung ( JP 2004 041 891 A ), im Straßenbau ( JP H03 47 302 B2 ), als Dünger ( KR 10 2001 0009 275 A ) oder als Matrix zur Entsorgung gefährlicher Stoffe ( US 5 463 163 A ) schließen sich aus denselben Gründen aus. In den Patenten JP 2006 008 448 B2 , JP H09 20 546 B2 und JP H10 279 336 B2 wird eine Verarbeitung von gebrauchten Mineralwolleerzeugnissen zu plattenförmigen Baumaterialien, die im Hochbau eingesetzt werden können, beschrieben; bei diesen Erzeugnissen ist jedoch eine Freisetzung von Fasern in die umgebende Atmosphäre während der Verarbeitung, zum Beispiel durch Zuschnitt, nicht ausgeschlossen. Außerdem stehen solchen Entwicklungen die heute bestehenden Forderungen nach nahezu vollständiger Recyclingfähigkeit von Baumaterialien entgegen. Mineral wool products produced and installed prior to 2000 are not free from concerns about their negative impact on human health - they may be considered carcinogenic under TRGS 905 due to their effect on the human respiratory system. For this reason, they must not be recycled into new mineral wool products and must be subjected to alternative recovery or disposal that precludes release of the mineral fibers into the biosphere. Therefore, procedures are as in the patents CN1128243 . JP2003 326 238 A . TW 2012 00 653 A and US 2008/0 256 981 A1 are not permitted for recycling the material by melting and rewindering wool production. Also an alternative use of mineral wool in water purification ( JP 2004 041 891 A ), in road construction ( JP H03 47 302 B2 ), as fertilizer ( KR 10 2001 0009 275 A ) or as a matrix for the disposal of hazardous substances ( US 5,463,163 A ) exclude the same reasons. In the patents JP 2006 008 448 B2 . JP H09 20 546 B2 and JP H10 279 336 B2 a processing of used mineral wool products to plate-shaped building materials, which can be used in building construction described; however, in these products release of fibers into the surrounding atmosphere during processing, for example by cutting, is not excluded. In addition, such developments are counteracting the existing demands for nearly complete recyclability of building materials.

Aus der DE 198 25 780 B4 ist ein Verfahren zum Recyceln von Mineralfasern bekannt, bei dem die Faserabfälle mit einem Hydraulischen Bindemittel vermengt werden. Bei den Faserabfällen handelt es sich um recyclingfähige Stäube, aus denen ein wiederverwendbares Halbfabrikat hergestellt wird. Für ein Verfahren zur Verwertung von Dämmmaterialabfällen aus Mineralwolle, deren Fasern nicht in die Biosphäre freigesetzt werden dürfen, ist diese Lösung nicht geeignet. From the DE 198 25 780 B4 For example, a process for recycling mineral fibers is known in which the fiber wastes are mixed with a hydraulic binder. Fiber wastes are recyclable dusts from which a reusable semi-finished product is made. This solution is unsuitable for a process for recycling insulation waste from mineral wool whose fibers must not be released into the biosphere.

Die DE 42 09 577 A1 betrifft ein Verfahren zur Entsorgung von faserförmigen Gefahrstoffen, bei dem Gefahrstoffe in ein spezielles transportables Endlagerbehältnis verbracht und mit form- und aushärtbaren Zusatzstoffgemischen vermengt werden. Ein vollständiges Umschließen der Einzelfasern erfolgt nicht, ein späteres Wiederfreisetzen der Gefahrstoffe ist damit nicht sicher ausgeschlossen. The DE 42 09 577 A1 relates to a method for the disposal of fibrous hazardous materials, in which hazardous substances are placed in a special transportable repository container and mixed with formable and curable additive mixtures. A complete enclosure of the individual fibers does not take place, a subsequent release of the hazardous substances is therefore not excluded safe.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung eine Verwendung von Dämmmaterialabfällen aus Mineralwolle anzugeben, bei der eine Abgabe der Mineralwollefasern an die Biosphäre ausgeschlossen ist. Im Folgenden wird stellvertretend für alle in Frage kommenden Fasern der Begriff Mineralwolle verwendet. It is therefore an object of the invention to provide a use of Dämmmaterialabfällen of mineral wool, in which a delivery of mineral wool fibers is excluded to the biosphere. In the following, the term mineral wool is used as a representative of all possible fibers.

Diese Aufgabe wird durch eine Verwendung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben. This object is achieved by a use having the features of patent claim 1. Advantageous embodiments of the invention are specified in the subclaims.

Kennzeichnend für die erfindungsgemäße Verwendung von Dämmmaterialabfällen ist das Einbinden der aufbereiteten Mineralwollefasern in eine durch chemische Reaktionen selbstständig erhärtende mineralische Matrix, die hauptsächlich aus primären und/oder sekundären Bindemitteln und Wasser als Anmischflüssigkeit besteht. Im erhärteten Zustand ist die Mobilität der Mineralwollefasern durch Einschluss in einen monolithischen Baukörper auf ein Minimum reduziert und es wird eine für die weitergehende Nutzung dieses Baustoffs ausreichende Festigkeit erzielt. Der Baustoff ist einfach und günstig herzustellen und stellt eine ökologisch und ökonomisch hochwertige Verwertung von Dämmmaterialabfällen aus Mineralwolle dar. Dies trifft insbesondere auf die erfindungsgemäße Verwendung als Baukörper für den bergbaulichen Versatz zu. Characteristic of the inventive use of Dämmmaterialabfällen is the incorporation of the processed mineral wool fibers in a self-hardening by chemical reactions mineral matrix, which consists mainly of primary and / or secondary binders and water as a mixing liquid. In the hardened state, the mobility of the mineral wool fibers is minimized by inclusion in a monolithic structure and it is sufficient for the wider use of this building material strength achieved. The building material is simple and inexpensive to manufacture and represents an ecologically and economically high quality recovery of insulation waste mineral wool. This applies in particular to the inventive use as a building structure for the mining shift.

Die zunächst voluminösen Abfälle von Dämmmaterialabriss aus Mineralwolle oder entsprechende Produktionsrückstände werden in einem geeigneten Aggregat – als Beispiele seien hier Mühle oder Schredder genannt – mechanisch so zerkleinert, dass die Fasern der Mineralwolle erheblich verkürzt werden und die Schüttdichte durch den Verlust des wollartigen Charakters um den Faktor 5 bis 20 deutlich erhöht wird. Diese Faserteile werden in einem Mischer mit einer wässrigen Suspension mit Bindemittelcharakter so vermengt, dass sämtliche Oberflächen mit der Suspension benetzt werden. Die Mischung, die eine Konsistenz von flüssig bis zu erdfeucht haben kann, wird in eine Form eingebracht, wobei durch Aufbringen einer äußeren Kraft die Mischung durch Auspressen unter Umständen eingerührter Luft verdichtet werden kann. Der so erhaltene Körper erhärtet selbsttätig bei normaler Temperatur und atmosphärischem Druck. Physikalische Eigenschaften wie Festigkeit und Dichte sind in Abhängigkeit vom Faseranteil, dem verwendeten Bindemittel und dem aufgebrachten Druck in weiten Grenzen variierbar. Die erhärteten Körper können zum Beispiel als Versatzbaustoff in untertägige Bergwerke eingebracht werden und durch ihre Druckfestigkeit der Konvergenz des Gebirges entgegenwirken. The initially voluminous wastes of mineral wool insulation or corresponding production residues are mechanically comminuted in a suitable aggregate - examples being mill or shredder - so that the fibers of the mineral wool are considerably shortened and the bulk density is reduced by the factor of loss due to the wool-like character 5 to 20 is significantly increased. These fiber parts are mixed in a mixer with an aqueous suspension having a binder character so that all surfaces are wetted with the suspension. The mixture, which can have a consistency from liquid to moist with earth, is introduced into a mold, whereby by applying an external force, the mixture can be compacted by pressing out possibly stirred-in air. The body thus obtained self-hardens at normal temperature and atmospheric pressure. Physical properties such as strength and density can be varied within wide limits, depending on the fiber content, the binder used and the pressure applied. The hardened bodies can be introduced, for example, as an offset building material in underground mines and counteract by their compressive strength of the convergence of the mountains.

Es wurde gefunden, dass durch Verkürzung der Faserlänge von Mineralwolleprodukten eine Schüttdichte von über 0,3 g/cm3 erreicht werden kann. Dies deutet auf eine vorteilhaftere Anordnung der Fasern für eine Kompaktierung als im ursprünglichen Dämmmaterial, das eine Dichte von etwa 0,03 g/cm3 besitzt, hin. Diesen Mineralwollefasern wird eine Bindemittelsuspension beigemengt. Dabei hat sich gezeigt, dass die meisten Mineralwolleprodukte hydrophobiert sind und nur nach Zugabe eines Tensids zur Bindemittelsuspension benetzt werden können. Die Bindemittelsuspension kann einerseits Primärbindemittel, zum Beispiel handelsüblichen Zement, beinhalten und andererseits zusätzlich oder auch ausschließlich sekundäre Bindemittel. It has been found that by shortening the fiber length of mineral wool products a bulk density of over 0.3 g / cm 3 can be achieved. This indicates a more advantageous arrangement of the fibers for compaction than in the original insulating material which has a density of about 0.03 g / cm 3 . These mineral wool fibers are mixed with a binder suspension. It has been shown that most mineral wool products are hydrophobic and can be wetted only after addition of a surfactant to the binder suspension. The binder suspension can contain on the one hand primary binder, for example commercial cement, and on the other hand additionally or exclusively secondary binder.

Primärbindemittel können unterschiedliche Zemente (zum Beispiel Portlandzement, Hochofenzement oder Tonerdezement), Gips, Kalkbinder oder Sorelbinder (Magnesiumoxid mit Magnesiumchloridlösung) sein. Primary binders may be different cements (for example Portland cement, blast-furnace cement or alumina cement), gypsum, lime binder or sorel binder (magnesium oxide with magnesium chloride solution).

Unter sekundären Bindemitteln versteht man Nebenprodukte aus Industrieprozessen, wie zum Beispiel Flugaschen oder Filterstäube aus thermischen Prozessen, die unter Wasserzugabe eine hydraulische Abbindereaktion zeigen. Deren Kinetik ist zwar nicht gut definierbar, jedoch haben sie gegenüber Zementen den Vorteil, kostengünstiger erhältlich zu sein und Rohstoffreserven der Primärbindemittel zu schonen. Typische Sekundärbindemittel können Filterstäube aus Kohlekraftwerken und Abfallverbrennungsanlagen, Bypassstäube aus der Zementherstellung, CaSO4-basierte Abfälle, Stäube aus metallischen Prozessen und ähnliche sein. Durch Kombination verschiedener sekundärer Materialien können gezielt spezielle Bindesysteme eingestellt werden, die als Alternative zu Zementen einsetzbar sind. Diese Bindemittelsysteme ermöglichen die chemische Bindung hoher Wasseranteile in Form von Hydraten. Secondary binders are understood to mean by-products from industrial processes, such as fly ash or filter dusts from thermal processes, which show a hydraulic setting reaction when water is added. While their kinetics are not well defined, they have the advantage over cements of being less expensive and of conserving raw material reserves of primary binders. Typical secondary binders may be filter dusts from coal power plants and waste incinerators, cement-making bypass dusts, CaSO 4 -based wastes, dusts from metallic processes, and the like. By combining different secondary materials, it is possible to set special binding systems that can be used as an alternative to cements. These binder systems allow the chemical bonding of high proportions of water in the form of hydrates.

Genauso lässt sich das für die Herstellung der Bindemittelsuspension verwendete Wasser durch abfallbasierte wässrige Lösungen teilweise oder ganz ersetzen und es können dadurch natürliche Ressourcen geschont werden. Lösungen, deren Einsatz denkbar und möglich erscheint, sind zum Beispiel Salzlösungen aus der Kaligewinnung, Abwässer, sowie Flüssigkeiten aus der Rauchgasreinigung. Likewise, the water used to make the binder suspension can be partially or totally replaced by waste-based aqueous solutions, thereby conserving natural resources. Solutions that are conceivable and feasible include, for example, salt solutions from potash extraction, wastewater, as well as liquids from flue gas cleaning.

Wird bei der Mischung von Bindemittelsuspension und Mineralwollefasern ein hoher Anteil an Bindemittelsuspension gewählt, so lässt sich ein Gemisch herstellen, das flüssig bis breiförmig ist und sich in Formen abgießen oder auch verpumpen lässt. Bei einem niedrigeren Anteil von Bindemittelsuspension gegenüber den Mineralwollefasern erhält man ein erdfeuchtes Gemisch, das, in eine Form eingebracht, verdichtet oder eingepresst werden muss, um einen kompakten Körper zu erhalten. Während eine flüssige Mischung bis zum Aushärten in einer Form, die auch durch einen geschlossenen Gebirgshohlraum gebildet werden kann, bleiben muss, kann das erdfeuchte Gemisch nach der Kompaktierung aus der Form genommen werden und frei liegend aushärten. Eine Alternative stellen Formen dar, die als Hülle erhalten bleiben und somit einen Teil des Spezialbaustoffs bilden. Die Formen oder Verpackungen, in die die Mischung eingebracht wird, können beliebig gestaltet sein (Würfel, Prismen, Zylinder, etc.), wobei die Mischung innerhalb eines bestimmten Zeitintervalls verarbeitbar bleibt, ehe sie selbsttätig bei normaler Temperatur und bei atmosphärischem Druck zu einem festen Körper aushärtet. Diese Körper können zum Beispiel für Versatzmaßnahmen in untertägigen Bergwerken herangezogen werden. If a high proportion of binder suspension is selected in the mixture of binder suspension and mineral wool fibers, then a mixture can be prepared that is liquid to paste-like and can be poured off or even pumped into molds. With a lower proportion of binder suspension compared to the mineral wool fibers to obtain a soil-moist mixture, which must be introduced into a mold, compressed or pressed to obtain a compact body. While a liquid mixture must remain in a mold until it cures, which can also be formed by a closed mountain cavity, the soil-moist mixture can be removed from the mold after compaction and harden freely. An alternative are forms that remain as a shell and thus form part of the special building material. The molds or packages in which the mixture is introduced may be of any desired design (cubes, prisms, cylinders, etc.), the mixture remaining processable within a certain time interval before becoming a solid at normal temperature and atmospheric pressure Body hardens. These bodies can be used, for example, for offsetting in underground mines.

Die mechanischen und physikalischen Eigenschaften solcher erhärteter Körper lassen sich in weiten Grenzen beeinflussen, insbesondere durch das Verhältnis Mineralwollefasern zu Bindemittel, die Art des Bindemittels und den Umfang der Komprimierung der Masse vor dem Abbinden. The mechanical and physical properties of such hardened bodies can be influenced within wide limits, in particular by the ratio of mineral wool fibers to binder, the type of binder and the extent of compression of the mass before setting.

Die Erfindung wird durch nachfolgende Ausführungsbeispiele weiter erläutert: The invention is further explained by the following exemplary embodiments:

Beispiel 1 (Stampfmasse): Example 1 (ramming mass):

  • 2,5 kg Mineralwollefasern 2.5 kg mineral wool fibers
  • 1,4 kg Portlandzement 1.4 kg Portland cement
  • 1,4 kg Wasser 1.4 kg of water
  • 10 g Tensid (Natriumlaurylethersulfat) 10 g of surfactant (sodium lauryl ether sulfate)

Beispiel 2 (Gussmasse): Example 2 (casting material):

  • 1,0 kg Mineralwollefasern 1.0 kg mineral wool fibers
  • 1,4 kg Portlandzement 1.4 kg Portland cement
  • 1,4 kg Wasser 1.4 kg of water
  • 10 g Tensid (Natriumlaurylethersulfat) 10 g of surfactant (sodium lauryl ether sulfate)

Beispiel 3 (mit sekundärem Bindemittel): Example 3 (with secondary binder):

  • 2,3 kg Mineralwollefasern 2.3 kg mineral wool fibers
  • 1,1 kg Flugasche 1.1 kg of fly ash
  • 0,3 kg Portlandzement 0.3 kg Portland cement
  • 1,4 kg Wasser 1.4 kg of water
  • 10 g Tensid (Natriumlaurylethersulfat) 10 g of surfactant (sodium lauryl ether sulfate)

Claims (8)

Verwendung von bei normaler Temperatur und atmosphärischem Druck selbsttätig erhärtenden Körpern, erhalten durch – Vermengen von Fasern von Dämmmaterialabfällen aus Mineralwolle, welche mechanisch so zerkleinert wurden, dass die Fasern so verkürzt sind, dass ihre Schüttdichte durch den Verlust des wollartigen Charakters um den Faktor 5 bis 20 erhöht ist, – mit einer wässrigen Bindemittelsuspension in einem Mischer, wobei sämtliche Oberflächen mit der Suspension benetzt werden – und Einbringen der Mischung in eine Form in einer Konsistenz von flüssig bis zu erdfeucht, als Versatzbaustoff in untertätigen Bergwerken. Use of self-hardening bodies at normal temperature and pressure, obtained by - mixing fibers of mineral wool insulation waste, which have been mechanically comminuted so that the fibers are shortened so that their bulk density is reduced by a factor of 5 to 5 due to the loss of the wool-like character 20 is increased, - with an aqueous binder suspension in a mixer, wherein all surfaces are wetted with the suspension - And introducing the mixture into a mold in a consistency of liquid to earth moist, as a substitute building material in underground mines. Verwendung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Mineralwollefasern vor dem Vermengen in einer Mühle, einem Schredder oder einem ähnlichen Aggregat zerkleinert werden, um Schüttdichten von über 0,15 g/cm3 zu erreichen. Use according to claim 1, characterized in that the mineral wool fibers are comminuted prior to blending in a mill, shredder or similar aggregate to achieve bulk densities in excess of 0.15 g / cm 3 . Verwendung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Masseverteilung von zerkleinerten Mineralwollefasern und Bindemittelsuspension beim Vermischen in einem Verhältnis von 5:1 bis 1:5 vorzugsweise 1:1 bis 1:3, erfolgt. Use according to claim 1 or 2, characterized in that the mass distribution of crushed mineral wool fibers and binder suspension during mixing in a ratio of 5: 1 to 1: 5, preferably 1: 1 to 1: 3, takes place. Verwendung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Bindemittelsuspension Additive zur Erhöhung der Benetzbarkeit der Mineralwollefasern in Form von Tensiden, vorzugsweise anionischen, amphoteren und nichtionischen Tensidmischungen in Mengen von 0,1 bis 1 Prozent zugesetzt werden. Use according to one of claims 1 to 3, characterized in that the binder suspension additives are added to increase the wettability of the mineral wool fibers in the form of surfactants, preferably anionic, amphoteric and nonionic surfactant mixtures in amounts of 0.1 to 1 percent. Verwendung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Bindemittelsuspension Additive zur Verminderung des Wasseranspruches, sogenannte Fließmittel oder Plastifizierer, zum Beispiel auf der Basis von modifizierten Polycarboxylatethern in Mengen von 0,01 bis 1 Prozent, vorzugsweise 0,1 bis 0,5 Prozent, zugesetzt werden. Use according to one of claims 1 to 4, characterized in that the binder suspension additives for reducing the water claim, so-called superplasticizers or plasticizers, for example based on modified Polycarboxylatethern in amounts of 0.01 to 1 percent, preferably 0.1 to 0 , 5 percent, can be added. Verwendung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Bindemittelsuspension wahlweise aus Portlandzement, Hochofenzement, Gips, Kalkbinder und Wasser hergestellt wird. Use according to one of claims 1 to 5, characterized in that the binder suspension is optionally prepared from Portland cement, blast furnace cement, gypsum, lime binder and water. Verwendung nach einem Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Bindemittelsuspension wahlweise aus sekundären Bindemitteln in Form von Aschen und Filterstäuben oder einer Mischung derselben und Wasser hergestellt wird. Use according to one of claims 1 to 5, characterized in that the binder suspension is optionally prepared from secondary binders in the form of ashes and filter dusts or a mixture thereof and water. Verwendung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch ge kennzeichnet, dass als Bindemittelflüssigkeit teilweise oder vollständig abfallbasierte wässrige Lösungen in Form von Salzlösungen, Abwässern oder Rauchgasreinigungsflüs sigkeiten verwendet werden.  Use according to one of claims 1 to 7, characterized in that as binder liquid partially or completely waste-based aqueous solutions in the form of salt solutions, waste water or Rauchgasreinigungsflüs liquids are used.
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